KR20010039642A - 광통로를 갖는 부품의 광검출장치 - Google Patents
광통로를 갖는 부품의 광검출장치 Download PDFInfo
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Abstract
적어도 하나의 광통로(30)를 갖는 부품(50)의 광검출 장치는 광통로(30)를 통하여 부품(50)안으로 향해진 제 1 터미널부분을 갖는 광컨베이어 수단(100)으로 이루어진다. 상기 제 1 터미널 부분은, 상기 부품(50)안에 어떤 각도로부터 도달하는 광(r)을 수집하는 구형 캡(B)으로 형성되어 있다. 상기 광컨베이어 수단(100)은 광변환기(10)의 감응요소(20)로 향하여 있고 감응요소(20)과 실질적으로 접촉하는 제 2 터미널 부분을 갖는다.
Description
본 발명은 광통로를 가진 부품들의 광검출 장치에 관한 것이다.
광검출 장치의 작동범위들의 하나는 밀봉적으로 폐쇄된 금속 엔벨로프(hermetically closed metallic envelope}에 의해 형성된 산업용부품들의 제어 범위이며, 그것은 검출용 하나이상의 광통로를 가지며 다른 성질의 디바이스를 포함한다. 전기케이스에서, 상기 산업용부품은, 예를 들면, 엔벨로프에 해당하는 금속파이프로 둘러싸인 중간 또는 고전압 도체로 형성되거나, 금속 챔버로 밀폐되어 둘러싸인 전류/전압 변압기로 형성되는, 피복된 도체일 수 있다. 위에 언급한 장치들과, 이러한 장치들이 놓여지는 엔벨로프의 내벽들 사이의 공간은 비어 있거나 또는 예를 들면, 피복된 도체들내의 헥사플루오르화 황 및 변압기들내의 오일로서 이러한 장치들을 전체적으로 절연시키고 또한 광에 투명한 가압상태의 유체들로 충진 될 수 있다.
상기 산업용 부품들이 보이는 결함들, 예를 들면, 재료시효현상 또는 결함의 존재, 또는 오염물 때문에, 광 현상과 연관된 전기 산업용 부품의 절연의 저하가 최소세기에서 조차(적어도 초기부터) 발생한다. 동일한 산업부품에서의 손상 지수인 이러한 광 현상은, 현상확인이 얻어지고, 또한, 필요할 때, 산업용 부품의 수선 또는 교체가 이루어질 수 있도록, 검출되어야 한다.
봉쇄 외벽의 내부표면들에 도달하는 광세기는 10-16Watt/cm2로부터 10-9Watt/cm2까지 변할 수 있다. 그에 따라, 방출광 검출을 위해 사용되는 기술은 광자수의 측정을 아날로그 검출(연속적인 측정)로 변화시킬 수 있다.
이러한 형태의 검출장치가 갖는 주요한 장점은:
- 발광현상검출의 고감도
- 고 신호/소음비
- 측정의 신속성(분당 최대측정횟수)
- 전자기 간섭 및 기계적 고장(예를 들면, 진동)으로부터 벗어남
- 시스템의 모듈성
- 광탐지기의 원격조정
- 광탐지기의 소형화
- 광탐지기의 광통로내의 간단한 설치
- 시스템의 간단한 사용
현재, 광통로를 갖는 산업용부품들에서 광방사를 검출하기 위한 3가지 다른 장치가 공지되어 있다.
제 1 장치는 큰 직경의 핵(necleus)을 갖는 광섬유(통상 4.5mm의 직경의 액체 핵을 갖는 광섬유)를 사용하며, 이 광섬유는 광통로 원도우상에 위치하고, 부품의 내부로부터, 그 부품으로부터 약 2 미터까지에 놓여있는 광전자증배관의 감응영역에 도달하는 광을 운반한다. 광섬유는 모든 각도(통상, 광축에 대하여 +/-34°를 벗어나지 않는 수용각도들에서만 우수한 효율을 나타낸다)로부터 광을 수집하는 데는 크게 효율적이지는 않기 때문에, 예정된 축에 대하여 소정의 각도를 따라 광섬유를 배향시키는 특수한 조인트가 사용되어야만 한다. 광전자증배관으로부터 도달하는 전기신호는 광방사세기로부터 유도되는 정보를 얻기 위하여 결과적으로 처리되어진다.
제 2 장치는 부품의 내부로부터 도달하는 광을 검출하기 위하여 광통로에 직접적으로 대향하는 광전자증배관을 사용한다. 따라서, 광전자증배관으로부터 도달하는 전기신호는 광방사세기로부터 얻어지는 정보를 얻기 위하여 처리되어진다.
제 3 장치는 오목형 원뿔표면으로 끝나며, 부품 안으로 침투하여 동일한 컨베이어의 축에 대하여 0°및 90°로부터 도달하는 광을 수집하는 원통형 광컨베이어를 사용한다. 광은 광컨베이어로부터 나오며 센서(예를 들면 광다이오드)에 도달하는 광섬유빔으로 전달된다.
제 1 장치는 조인트를 배향시키기 위하여 운전자를 요구하며, 그러므로, 실행되어야 하는 측정형태와 종종 양립할 수 없는 매우 긴 측정 시간을 필요로 한다. 또한, 사용되는 광섬유의 길이가 2 미터를 초과하고 광원이 주로 UV 밴드까지의 방사광 영역에서 주로 방출한다면, 수집된 광의 주목할 만한 주의가 있어야 한다. 이 때문에 이러한 장치는 산업적으로 이 장치를 사용하는 것이 불가능할 정도로 아주 높은 비용이 든다.
제 2 장치는, 광전자증배관이 광통로 윈도우밖에 놓여져 있기 때문에 낮은 효율을 나타내며, 이것이 광수집각도들의 심각한 감소를 보인다.
제 3 장치는 0°와 90°와 크게 다른 각도들로부터 원통형 요소에 침투하는 광을 수집할 수 없다. 또한, 이러한 장치는 효율적인 방식으로 광섬유빔으로 광을 전달하지 않는다.
이러한 문제점을 고려하여, 본 발명은 어떠한 각도들로부터 도달한 광도 검출할 수 있으며, 매우 낮은 광방출세기 레벨에서도 매우 높은 감도를 가지고, 매우 빠른 측정시간을 가능케 하는, 광검출장치를 제공하는 데에 목적이 있다.
본 발명에 따르면, 이러한 목적은 적어도 하나의 광통로를 갖는 부품의 광검출 장치에 의해 얻어지며, 상기 광검출 장치는 상기 광통로를 통해 상기 부품안쪽으로 배향된 제 1 터미널부와, 광변환기의 감응요소에 배향되고 이 광변환기의 감응요소와 실질적으로 접촉하는 표면을 가지는 제 2 터미널부를 가지는 광컨베이어수단을 포함하며, 상기 제 1 터미널부는 상기 부품 안에 어떤 각도로부터 도달한 광을 수집하는 구형 캡으로 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해, 어떤 각도로부터 도달하는 광을 검출할 수 있고, 매우 낮은 광방출세기 레벨에서도 매우 높은 감도로 측정시간을 최소화할 수 있으며, 또한 산업용 구조로 사용할 수 있는 작은 크기를 보여주는, 광통로를 갖는 부품들의 광검출용 장치를 형성할 수 있다.
본 발명의 특징 및 장점은 실시예의 상세한 설명에 의해 명백하게 이해될 것이며, 본 발명에서 제시된 실시예는 단지 예시적인 것이며, 본 발명은 첨부도면에 근거한 실시예에 한정되는 것이 아님은 물론이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광검출 장치의 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 검출장치의 광컨베이어의 변형예의 확대도.
-도면의 주요부분에 대한 부호의 설명-
10: 광변환기 20: 감응요소
21 및 22: 컨테이너 30: 광통로
50: 부품 100: 광컨베이어
도 1은 본 발명에 따른 광검출장치(1)를 보여준다. 상기 장치는 광전자증배관(10)의 감응요소(20)로 광을 전달하도록 만들어진 광컨베이어(100)를 포함한다. 이러한 컨베이어는, 가압상태의 헥사플루오르화 황을 함유하며, 통상 GIS(가스 절연 시스템)이라고 부르는 피복되고 절연된 전기부품쪽으로 광통로(30)를 통과하여 향하여 있는다.
광컨베이어(100)는 원통형몸체(60)(예를 들면, 자외선을 통과시키는 장석 또는 다른 재료)로 형성되어 있거나, 또는 도 2에 도시된 바와 같이, 유사한 원추-콘(frustum-cone)몸체(70)로 형성되어 있다. 광컨베이어(100)와 컨테이너(21, 22)사이의 공간이 공기이거나, 동일한 컨베이어의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 인터페이스를 정의할 수 있는 다른 수단이도록, 광컨베이어(100)는 컨테이너(21, 22)내부에 놓여 있다. 상기 컨테이너(21, 22)는 광통로(30)안에서 나사 결합되어 있으며, 밀봉링들(23, 24)을 가진다. 광컨베이어(100)는, 전기부품(50)과 대면되는 부분에서, 2π 스테라디안까지의 입체각하에서, 내부로부터 외부(explored ambient)에 도달하는 광을 수집하는 구형 캡(B)을 가지고 끝난다. 원추-콘을 갖는 컨베이어가 베이스표면인 경우에, 광컨베이어(100)의 대향 표면(A)은 광전자증배관(10)의 감응요소(20)로 향하여지며, 감응 요소(20)와 실질적으로 접촉되어 있다. 구형 캡(B)에 의해 수집되는 광(r)은 어떠한 분산 없이 그러나 컨베이어 안으로 전체적인 반사를 가지고, 광전자증배관(10)의 감응요소(20)로 전달된다.
광컨베이어(100)는 컨테이너(21, 22)의 측벽들에서 헤어메틱 시일(hermetic seal)을 보장할 수 있는 수단을 구비하고 있다. 특히 상기 헤어메틱 시일은 컨테이너의 하부부품(21)의 벽들에 있는 2개의 밀봉 링들(23 및 24)에 의해 이루어지며, 또한 상기 헤어메틱 시일은 컨테이너의 상부부품(22)에서는 테프론의 만곡된 두부(35)에 의해 형성되며, 여기서 테프론의 만곡된 두부(35)는, 만곡된 두부(35)상에 필요한 압축력을 작용시키는, 컨테이너의 상부부분(22)과 나사 결합된 금속 컴퍼스(32)에 의해 적소에 유지된다. 또한, 컨테이너(21, 22)의 부분(21)과 전기부품(50)의 면사이에는 밀봉 링(31)이 제공된다. 광컨베이어(100)는 전체적으로 검출할 광에 대하여 투명한 재료로 형성되어야 한다. 컨베이어의 측표면은 또한 그의 부적절한 오염물을 피할 수 있는 반사용 증착재로 피복될 수 있다. 상기 부적절한 오염물에 의해 광컨베이어(100)의 측표면으로부터 국부적으로 광방출이 일어날 수 있기 때문에, 광전자증배관(10)의 감응요소(20)에 도달하는 유효신호를 감소시킬 수 있다.
광전자증배관(10)은, 상부표면(A)과 감응요소(20)사이의 거리가 최소가 되도록 예를 들면 1 mm가 되도록, 신속하고 용이하게 탈착 가능한 연결체에 의해, 광컨베이어(100)와 직접 결합된다. 그러므로, 광컨베이어(100)로부터 도달하는 광(r)의 손실이 최소가 될 수 있다. 바람직한 실시예에 의하면, 광전자증배관(10)은 컨테이너(26)안에 삽입되며, 또한, 광전자증배관(10)은 고속 베이어닛 연결체(25)에 의해 광컨베이어(100)의 컨테이너(21, 22)상에 설치되어, 부분 방출 검출의 측정들과 다른 측정을 해야할 때는, 센서를 다른 형태의 광센서들로 신속하게 대체할 수 있다.
광전자증배관(10)의 컨테이너(26)는 헤어메틱 박스(40)와 일체를 이루며, 이 박스는 룰 IP65에 따른 것이며 전자기적으로 차폐되어 있고, 그 박스에는 참고번호(80)로 표시한 신호 증폭 및 식별 전자부품이 함유되어 있다. 본 발명의 이 특정실시예에서, 도1에 보여지지 않은 배터리들이 박스(40)의 내부에 삽입되며, 전자부품과 광전자증배관(10)에 동력을 공급하지만, 일반적으로 전원은 저전압 전기선(+/-9V)에 의해 공급되어질 수 있다. 또한 박스(40)내부에는 전자부품(80)으로부터 공급된 광학 데이터의 송신기(85)가 존재한다.
송신기 체인의 하류에, 데이터 획득 및 가공을 위한 원격시스템이 계산기 및 적절한 인터페이스에 의해 채용된다. 공지의 광자 카운터 기술이, 광자 검출을 GIS모듈의 50 Hz 공급으로 교정함으로써 부분 방전을 검출하기 위하여 사용되어야 한다.
본 발명에 의하면, 어떤한 각도로부터 도달하는 광을 검출할 수 있고, 매우 낮은 광방출세기 레벨에서도 매우 높은 감도로 측정시간을 최소화할 수 있으며, 또한 산업용 구조로 사용할 수 있는 작은 크기를 보여주는, 광통로를 갖는 부품들의 광검출용 장치를 얻을 수 있다.
Claims (8)
- 적어도 하나의 광통로(30)를 갖는 부품(50)의 광검출장치로서, 상기 광통로(30)를 통해 상기 부품(50)쪽으로 향해진 제 1 터미널부를 갖는 광컨베이어수단(100)을 포함하며, 상기 제 1 터미널부는 상기 부품(50)쪽으로부터 모든 각도에 걸쳐서 도달하는 광(r)을 수집하는 구형 캡(B)으로 형성되며, 상기 광컨베이어수단(100)은 광변환기(10)의 감응요소(20)와 대면하고 또한 실질적으로 접촉하는 표면(A)을 갖는 제 2 터미널부를 갖는 것을 특징으로 하는 광통로를 갖는 부품의 광검출장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 광컨베이어수단(100)은 상기 광(r)을 어떠한 분산이 없이, 상기 광컨베이어(100) 안쪽으로 전체적인 반사에 의해 상기 광변환기(10)의 상기 감응요소(20)로 전달하기 위하여, 상기 컨베이어(100)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 커플링 인터페이스를 한정하는 컨테이너(21, 22)내에 놓인 광컨베이어(100)로 형성되는 것을 특징으로 하는 광통로를 갖는 부품의 광검출장치.
- 제 2 항에 있어서, 상기 광컨베이어(100)는 원추-콘 구조체(70)로 형성되며, 상기 광컨베이어(100)의 상기 제 2 터미널부의 상기 표면(A)이 그의 베이스표면인 것을 특징으로 하는 광통로를 갖는 부품의 광검출장치.
- 제 2 항에 있어서, 상기 광컨베이어(100)는 원통형 구조체(60)로 형성되는 것을 특징으로 하는 광통로를 갖는 부품의 광검출장치.
- 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 변환기(10)는 광전자증배관인 것을 특징으로 하는 광통로를 갖는 부품의 광검출장치.
- 제 5 항에 있어서, 상기 광전자증배관(10)은 베이어닛 연결체(25)에 의해 상기 광컨베이어(100)의 상기 컨테이너(21, 22)상에 설치된 컨테이너(26)내에 삽입되는 것을 특징으로 하는 광통로를 갖는 부품의 광검출장치.
- 제 6 항에 있어서, 상기 광전자증배관(10)으로부터 도달하는 신호의 증폭 및 식별을 위한 전자장치(80)의 사용이 제공되며, 상기 전자장치(80)는 데이터를 계산기 및 적절한 인터페이스에 의한 데이터의 수집 및 처리를 위한 원격 장치로 데이터를 전송하도록, 광송신기(85)에 연결되는 것을 특징으로 하는 광통로를 갖는 부품의 광검출장치.
- 제 7 항에 있어서, 상기 광컨베이어(100)는 검출할 광방사에 대해 투명한 재료에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 광통로를 갖는 부품의 광검출장치.
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